例一 CA6140车床拨叉机械加工工艺规程及工艺装备设计.docx

例一CA6140车床拨叉机械加工工艺规程及工艺装备设计:序言大三下学期我们进行了机械制造基础课的学习，并且也进行过金工实习。为了巩固所学学问，并且在我们进行毕业设计之前对所学各课程的进行一次深化的综合性的总梵习，也是一次理论联系实际的训练,因此,我们进行了本次课程设计。通过这次课程设计对自己将来将从事的工作进行一次适应性训练，从中熬炼闩己分析问题、解决问题的实力，同时.，在课程设计过程中，我们仔细查阅资料，切实地熬炼了我们自我学习的实力。另外，在设计过程中，经过老师的悉心指导和同学们的热心帮助，我顺当完成了本次设计任务。由于实力所限，设计尚有很多不足之处，恳请各位老师赐予指责指正。一、零件的分析（一）零件的作用题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动依据工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的20孔与操纵机构相连，二下方的50半孔则是用于与所限制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。（二）零件的工艺分析零件的材料为HT200,灰铸铁生产工艺简洁，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉须要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：1、小头孔中20以及与此孔相通的8的锥孔、M6螺纹孔2、大头半圆孔503、拨叉底面、小头孔端而、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm,小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mmo由上面分析可知，可以粗加工拨叉下端面，然后以此作为基准采纳专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再依据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨义零件没有困难的加工曲面，所以依据上述技术要求采纳常规的加工工艺均可保证。二、确定毛坯1、确定毛坯种类：零件材料为HT200.考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简洁，生产类型为中批生产，故选择木摸手工砂型铸件毛坏。查机械制造工艺设计箍明手册第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CTT2。2、确定铸件加工余量及形态：查机械制造工艺设计简明手珊第41页表2.2-5,选用加工余量为MA-II级，并行表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量,铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示：简图工代加面号基本尺寸加工余量等级加工余量说明f11kAJ_ID1.20HIO×2孔隆一拨双侧加工1)?511H3.5×2孔RF一线双勤扣工4*r%RT230H5冷加工T312H5单忸加工T412H5单忸加工3,绘制铸件毛坯图三、工艺规程设计（一）选择定位基准：1粗基准的选择：以零件的小头上端面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为协助粗基准。2精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹精确便利，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔外圆柱表面为协助的定位精基准。（二）制定工艺路途依据零件的几何形态、尺寸精度及位置.精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的状况下,可以考虑采纳万能性机床配以专用工卡具，井尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。查机械制造工艺设计简明手册第20页表1.4-7、1.4-8、1.4-11,选择零件的加工方法及工艺路途方案如下：工序I粗铳20'50下端面，以T2为粗基准，采纳X51立式铳床加专用夹具；工序11粗铳20上端面，以T1.为定位基准，采纳X51立式铳床加专用夹具；工序I1.1.粗铳50上端面，以T4为定位基准，采纳X51立式铳床加专用夹具；工序Iv钻、扩20孔，以32外圆和T2为基准，采纳Z525立式钻床加专用夹具：工序V粗锋50孔，以D1.为定位基准，采纳T616卧式镣床加专用夹具；工序V1.铳斜肩，以D1.和T2为定位基准，采纳X51立式铳床加专用夹具：工序V1.1.精铳20下端面，以T2为基准，采纳X51立式铳床加专用夹具：工序W1.精铳20上端面，以T1.为基准，采纳X51立式铳床加专用夹具：工序IX粗较、精校20孔，以T2和32外圆为基准，采纳Z525立式钻床加专用夹具：工序X精铳650端面，以D1.为基准，采纳X51立式铳床加专用夹具；工序X1.半精镣中50孔，以DI做定位基准，采纳T616卧式镣床加专用夹具;工序X1.1.钻、较小8锥孔，以T1.和零件中线为基准，采纳Z525立式钻床加专用夹具：工序X1.n钻M6底孔，攻螺纹，以T1.和零件中线为基准，采纳Z525立式钻床并采纳专用夹具：工序XN铳断，以D1.为基准，采纳X60卧式铳床加专用夹具;工序Xv去毛刺：工序Xv1.终检。（三）机械加工余量、工序尺寸及公差的确定1、圆柱表面工序尺寸：前面依据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：加工表面加工内容加工余量工序尺寸表面粗糙度工序余量最小最大50IT12(D2)铸件7.0CTI243±28粗镣4.0IT1247严6.30.956.8半精镣3.()ITIO50TMW3.22.93.2520IT7(DI)钻18ITI1.181.',0,w17.8918扩1.8ITIO中19.8：Wu6.31.7161.910粗较0.141T819.94aow3.20.1070.224精较0.06IT720产1.60.0390.0932、平面工序尺寸:工序号工序内容加工余量基本尺寸经济精度工序尺寸偏差工序余量最小最大铸件5.0CTI2±2.5O1.粗铳20孔下端面4.036.012O1.57.7502粗铳20孔上端面4.032.012O2S1.57.7503粗铳50孔上端面4.014.012O-QIHO1.86.3807精铳20孔卜端面1.031.08O-UOW0.751.28308精铳20孔上端面1.030.081)YIo330.751.28310精铳50孔端而1.0×212.08g)6-<10160.9511.0163、确定切削用量刚好间定额:工序I粗铁2（K50下端面，以T2为粗基准1.加工条件工件材料：HT200,°h=170240MPa,铸造;工件尺寸：acm=72mm,1.=17611n;加工要求：粗铳中20孔卜端面，加工余量4mm;机床：X51立式铳床；刀具:YG6硬质合金端铳刀。铳削宽度&W90,深度apW6,齿数z=12,故依据机械制造工艺设计简明手册（后简称简明手册）表3.1,取刀具宜径df1.=125mm。依据切削用量F册（后简称切削手册）表3.16,选择刀具前角YO=0°后角00=8。,副后角Cto'=10。,刃倾角s=-10主偏角Kr=60。,过渡力Kr=30o,副偏角Kr=501,2.切削用量1）确定切削深度ap因为余量较小，故选择ap=4mm,次走刀即可完成。2）确定每齿进给量。由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采纳不对称端铳，以提高进给量提高加工效率。依据切削手册表3.5,运用YG6硬质合金端铳刀加工，机床功率为4.5kw（据简明手册表4.2-35,X51立式铳床）时:fz=0.090.i8mmz故选择:fz=0.18mmz3）确定刀具寿命及磨钝标准依据切削手册表3.7,铳刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm：由于铳刀直径do=125mm,故刀具运用寿命T=18（）min（据简明手册表3.8）.4）计算切削速度VC和每分钟进给量Vf依据切削手册表3.16,当出=据5mm,Z=12,ap7.5,fz<0.18mmz时，v1.=98mmin.n1=25Or11in,Vft=471mmnin<.各修正系数为:Icmv=1.O,ksv=0.8=切削速度计算公式为：W卫rapx侪yud其中ar=Httm»ap-4nt.G-=245»qv,=0.2,1.=0.15»yr=0.35.h=M"4w=0x08=08,Mv=0,2»0=0，”=0.32，T=ISOmin,九=018ez,Z=12,将以上数据代入公式:H-X0.8=142mZmin245x125x0.218O52×4×0.15×0.080.35×720.2×12确定机床主轴转速：",="%=361.rnVn。mi><依据简明手册表4.2-36,选择nc=3(X)7min,Vfc=390mmmin,因此，实际进给量和每分钟进给量为:Vc=效!=34x125x3OOrnrnin=118nVmin!(XX)I(XX)fZC=Vfen<z=39O3OO×12mnz=0.1nnz5)校验机床功率依据切削手册表3.24,近似为PeC=3.3kw,依据机床运用说明书，主轴允许功率PCm=4.5xO.75kw=3.375kw>Pcc°故校验合格。最终确定:ap=4.0mm,nc=300rmin，v<=390mms.VC=118mmin,fz=0.1mmzo6)计算基本工时tm=1.vf,1.=1.+y+,1=176mm.查切削手册表3.26,入切量及超切量为：y+A=40mm,则:tm=1.Vt=(176+40)/390=0.81min工序11粗铁20上端面，以T1.为定位基准，；切削用量和时间定额及其计算过程同工序I。工序m粗铁50上端面，以T4为定位基准刀具：YG6硬质合金端铳刀，do=4()nvn,z=6机床：X51立式铳床依据切削手册查的，f=()3mmz,a1=4mm现采纳X51立式铳床，依据简明手册4.2-36杳得取几=3(XWmin,故实际切削速度=37.7wnin血，2”“X40X3()0100O一1000当几=300min时，工作台每分钟进给量应为f=fz/Ju=0.13X10X300=390wwnmin查说明书，Wtf=4(Xwzmin计算切削工时1.=72+y+=72+10=82/;,因此=0.205min%f390工序IV钻、扩20孔，以32外圆和T2为基准，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT1.Oe1 .选择钻头依据切削F册表2选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时d0=18mm,钻头采纳双锥后磨横刀，后角OO=I2。，：重刃长度b=3.5mm.横刀长b=2mm,宽1.=4mm.棱带氏度八=1.5”Urt,%>=co°,力=30。2 .选择切削用量(1)确定进给量按加工要求确定进给量：查切削F册，/=0.43-0.53/WW/r,%=%=1.67<3,由切削手册表2.7,系数为05则：/=(0.430.53)×0.5=(0.2150.265)1111/r按钻头强度选择:查切削手册表28钻头允许进给量为：f-2.0wn/r：按机床进给机构强度选择：查切削手册表2.9,机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为=0<wr。以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为:O.215O.265mmr。依据简明手册表4216,最终选择进给量f=0.22mn/r<>由于是通孔加工，为避开即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。依据切削手册表2.19查出,钻孔时轴向力Ff=25OON,轴向力修正系数为1.0,故F（=2500N°依据Z525立式钻床运用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为883ON>Ff,故所选进给量可用。（2）确定钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查简明手册）为0.6mm,寿命7=45min.（3）切削速度查切削手册表2.30,切削速度计算公式为：v<=.(mmin)Tnap'f,其中，。=9.5,do=1S>vn>ZV=O.25,/>»=0.125»0=9,XV=0,A=O.55,/=0.22,查得修正系数：An三1.0,=,Jbt->0.85,=1.0.故实际的切削速度：95X181)U,"25×!×O.22"×0.85=9.5w,min（4）检验机床扭矩及功率查切削手册表2.20,当国）.26,do19mm时,Mt=31.78Nm,修正系数均为1.0,故MC=31.78Nm.查机床运用说明书：Mm=144,2Nm.查切削手册表2.23,钻头消耗功率:Pc=Ukwo行机床运用说明书，P，=2.8x0.81=2.26A”，。由于M<M>,Pg,故切削用量可用，即:f二0.22?r»n=t-=272rmin,=15.4jmin3、计算工时n/272×0.224、扩孔至19.8查切削手册表2.10,扩孔进给量为：=.7os的，并由机床运用说明书最终选定进给量为：=0.8bzwwro依据资料，切削速度v=0.4n.,其中4为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度,故V=0.4×9.5=3.811rminzogo×18s61jryn,n19.8X依据机床运用说明书选取=97r11in»基本川,=短Q福工序V粗慢50孔，以D1.为定位基准机床：T68卧式镣床单边余量z=2.5。，d=2.5mm由前明手册4220查得取f=O.52whr由简明手册4.2-21雀得取n=200rmin计算切削工时1.=J2±2x1._=013m.n,mf2(X)×0.52工序VI铁斜肩，以D1.和T2为定位基准刀具：硬质合金三面刃铳刀机床：X5I立式铳床依据简明手册查得：人.=63,丽，Z=I6°依据切削手册查得：f：-0.因此：KWvI(XK)X27,ni=136rmmJu.,×63现采纳X51立式铳床，取：.=100Mnin,故实际切削速度为:二M%1(X)0“×63X100I(XX)=19.8wZmin当“4300rmin时，工作台每分钟进给量应为:v=/.Z11=0.10×1.6×1(X>=160/min依据切削手册表4.2-37查得,取：A)=I的丽/min。计算切削基本工时：/,=/+)，+A=12.5+25=37.5"因此：tn=-4-=S'，=0.0.227而1A165工序Vn精铳2()下端面，以T2为基准刀具：YG6硬质合金端铳刀；机床：X51立式铳床：查切削手册表3.5,进给量工=051.(加加min,取为0.5mmr参考有关手册，确定v=124"“nin,采纳YG6硬质合金端铳刀，w=125ff1.w.2=12t则:“二幽JOooX=3%minKdWZ*125现采纳X5立式铳床，依据简明手册表4.2-36,取1.t=3rmin故实际切削速度：=117.75mminJtr用×12530DI(HK)100O当“=XXWmin时，工作台每分钟进给量:w=2znw=0.5×12×30O=1800ww/min,取为980mm/min本工序切削时间为：=2n,=2-1.=2x理9=0.62min，E98°工序V1.精铳20上端面，以T1.为基准切削用量同工序Vi1.精铳时y+A=40=125mm基本.I:=-=普.”-O31工序IX粗较、精锐20孔，以T2和32外圆为基准,(1)粗钱至,I9.94mm刀具:专用一刀机床：Z525立式钻床依据有关手册的规定，较刀的进给量为f,=081.2mmz,进给量取=081mmr,机床主轴转速取为.=140rmin,则其切削速度为：V=n11ti=8.771111in。机动时切削工时，=3O+8=38mm,38Wu*f38I4O×O.8I=0.34min精钦至20f”刀具：Ju-=2。"机床：Z525立式钻床依据有关手册的规定，被刀的进给量取=048mmr,机床主轴转速取为：.=140rmin,则其切削速度为：i，=,E=8.&/min38=0.57min机动时切削工时，=3O+8=38mm11,140×0.48工序X精铁50端面，以D1.为基准。机床：X51立式铳床刀具：硬质合金立铳刀（镶螺旋形刀片），由切削手册表3.6查得：(I=40,z=6/=min,V=O.45，/S即27mmin.因此,100Oy100()x27=U'兀dw,×4021.4rnun。现采纳X51立式铳床，取=21（Wmin，工作台每分钟进给量九成为:nt=/.znw=0.08×6X210=100.8zm/11in查机床运用说明书,取人=100smin0铳削基本匚时:/,=-f*-=0.84Iiiiii21.1.,=0.84×2=1.68min工序XI半精镇50孔，以1)1做定位基准。单边余量z=1.0,可次切除，则a、=1.Ozwh。由切削手册表1.6查得，进给量工=03。.40”/二取为0.27mmr。由切削手册表1.1查得，i，=100Wmin,则:I(XX)V10x1.00A,3,.JIM=637r/min开4“,×50查简明手册表4220,%取为630rmin0加工基本工时：Z=,-=0.038nUnnvf630x0.5工序12钻、较8锥孔，以T1.和零件中线为基准.刀具：专用刀具机床：Z525立式钻床确定进给量f:依据切削手册表2.7查得,f=O22O26三1”,查Z525机床运用说明书,现取/=O22三。查切削手册表2.15,V=1ImImin，计算机床主轴转速:三I=三Z=e94znin='!rd“ZTX7.8按机床选取.=680min,所以实际切削速度为:四="漫型=16.66，“minI(XX)I(XX)计算切削基本工时：一看二益W工序m钻M6底孔，攻螺纹，以T1.和零件中线为基准(1)钻螺纹底孔4.8mm机床：Z525立式钻床刀具：高速钢麻花钻依据切削手册查得,进给量为/=0.18022mmz,现取f=0.22mmz,v=17mmin,则：100Ov100OXI7,“，=112>'nun,Jh,*4.8查简明手册表4.2-15,取”=960Nn.所以实际切削速度为:皿“×4.8X960114,-=14.48"min100OI(XX)计算切削基本工时：卜="声三0.(>4711in960x0.22(2)攻螺纹M6机床：Z525立式钻床切削用量选为：V=O,"s=6wmin,机床主轴转速为:11,=3ISrZniin»按机床运用说明书选取：=272r,min,则v=5.mmin;机动时，=6+4=1.QWm,计算切削基本工时:I10T=IX272=0.(Mmin工序XiV就断，以D1.为基准。选择锯片铳刀，d=160nnn1.=4mn中齿，Z=4()采纳X61卧式铳床，查简明手册,选择进给量为：f=()0mmz,切削速度为：V=27/?»/min,则:=54rHiinIOv100()x27'=”''11rfu.,×160故实际切削速度为:依据简明手册表4.2-39,取“W=K)0"min叽.”"801.00I1.KXI1000此时工作台每分钟进给量(应为:m=f.Z11tt=0.1×40100=400”min查简明手册表4.2-40,刚好有人=400皿“，min。计尊切削基本工时：400=0.255Inin四、夹具设计为r提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，须要设计专用夹具。经过与老师协商，确定设计第14道工序一一铳断的铳床夹具。本夹具将用于X61卧式铳床，刀具为锯片铳刀。(一)问题的提出本夹具主要用来铳断工件，使之分别成为两个零件，由于本道工序已经是加工的最终阶段，而且是中批量生产，因此要保证加工的精度，所以，本道工序加工时，主要应当考虑如何提高精度，在此基础上在肯定程度上提高劳动生产率，降低劳动强度。（二）夹具设计1、定位基准选择考虑工件的加工结构，可以采纳''一面两销”的定位方式。假如以这0孔的下端面作为定位基准，由于距加工表面较远，易引起较大的误差,因此采纳两个"Omm的孔作为两销的位置，而以"2的端面作为主要定位而。同时考虑到生产率要求不是很高，故可以采纳手动夹紧。2、切削力及夹紧力计算刀具:锯片铳刀,例60WM,B=3,中齿，Z=40由切削手册由3.28杳得切削力公式F=CG=307=1-0.；=O".IIF=0.83.卬,=°，其中，Cf.=O83,z=4Oaa=12Vnta=4mm,160，f=0.10m11/ZX4()=15hV3o×2×0j°as×4oF=16其中，水平分力：=1.1.F=1.1×151=166N垂直分力：F,=O3F=O.3x151=45N在计算切削力时必需把平安系数考虑在内，平安系数K=KK,KK,其中，储为基本平安系数1.5；K,为加工性质系数为11：K,为刀具钝化系数为1.1：K,为断续切削系数为1-1=所以,r=K=1.51.i1.1×I.I×I66=301.V为克服水平切削力，实际夹紧力N应为N（fjf>KF"其中f,分别为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，1=,=025o则N=迎=602N0.5此时N大于所需的550N的夹紧力，故本夹具可以平安工作。3、定位误差分析前几道工序中已经使工件尺寸达到要求，零件中两端孔尺寸为。20；如，阳，与定位销的协作尺寸为黑（）以，由相关手册查得，定位销尺寸为20：因此可以求得其最大间隙为m、=0.0210.015=0.006，4.夹具设计及操作的简要说明如前所述，由于是中批量生产，故采纳手动夹紧即可满意要求。由于木工序处于加工的最终阶段，故对精度有较高的要求，必需保证刀具与工件的相对位置精度。夹具装有对刀块，可以使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺协作运用）；同时夹详细底面的一对定位键可以使整个夹具在机床工作台上有一个正确的安装位置，以有利于铳削加工。夹具装配图及夹详细零件图分别见图。参考文献：赵家奇.机械制造工艺学课程设计指导书2版机械工业出版社.2000.10.艾兴.肖诗纲主编.切削用量简明手3版机械工业出版社,1997.8曾志新,吕明主编,机械制造技术基础.武汉理工出版社,2001.7李益民主编,机械制造工艺设计简明手册机械工业出版社,1993.4王明珠主编.工程制图学及计算机绘图一一国防工业出版社.1998.3。